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哪位知道钛合金在应变速率1/s-100/s范围内塑性变形用什么实验做比较好？已有1人参与
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各位大侠，哪位知道钛合金在高温800-900℃、应变速率1/s-100/s范围内塑性变形用什么设备做实验比较好？ 越详细越好，提前谢过！ |
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zbhwel
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最好的方法是热模拟压缩试验，设备一般用Gleeble1500、2000、3200、3500、3800 等型号的模拟试验机。 热模拟试验机是动态热形模拟试验设备。它可以动态地模拟金属受热及变形过程。其模拟功能较为齐全，应用范围广泛；可以进行包括轧制锻压工艺、连铸冶炼工艺、焊接工艺、金属热处理工艺、机械热疲劳等方面内容在内的动态过程模拟试验，可以测定金属高温力学性能、金属热物性及CCT曲线、应力应变曲线等。为试验者制订和改良其生产工艺提供可靠的实验依据。该设备采用计算机编程控制技术及液压动力控制技术，最大加热速度10000℃/s，最大变形力20t，最大行程速度2000mm/s，最大变形速率500/s，最小道次变形间隔时间0.18s，(由于制造商不断改进仪器，上述参数，仅供参考。) 具有模拟试验精度高，重复性好等特点。能够很好地满足多种复杂工艺条件的模拟需求。 |
2楼2015-02-08 11:52:09
zbhwel
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一、Gleeble 热/力模拟试验机的应用 Gleeble 热/力模拟试验机是一种物理模拟试验装置，对材料和热加工工艺来说，物理模拟是利用小试样在试验装置上再现材料在制备或热加工过程中的受热或同时受热与受力的物理过程，充分而精确地暴露与揭示材料在热加工过程中的组织性能变化规律，为制定合理的加工工艺以及研制新材料提供理论指导和技术依据。 以往，在材料研究或生产中，为了评价工艺方案对材料性能或产品质量的影响，多采用实验的方法，这种重复性实验不仅消耗大量的时间与财力，而且得到的结果往往只是某一具体产品在特定情况下的工艺与性能的关系，不可能获得工艺过程中变化的全面规律，从而延滞新材料、新技术、新产品的开发和应用。材料现代物理模拟技术，融材料科学、传热学、力学、机械学、工程检测技术、电子模拟技术及计算机知识和技能为一体，已成为跨学科的专业领域，利用现代物理模拟技术，用少量的试验可以代替传统的大量实验，不但节省人力、物力，还可以研究无法采用直接实验进行研究的复杂问题。 随着计算机科学及现代控制理论的发展，物理模拟、数值模拟与专家系统做为崭新的研究方法和技术工具，已经在新材料研制及材料在热加工领域得到日益广泛的应用，使材料科学的研究深度与广度实现了划 时代的飞跃。Gleeble 热/力模拟试验机大体说来可进行以下方面的研究，但不局限于以下几个方面。 1、材料试验研究： ——各种不同几何尺寸的热拉伸试验 ——热压缩试验，包括： ——单向流变应力试验 ——平面应变压缩试验 ——应变诱导裂纹扩展试验 ——熔化和凝固试验 ——零强度温度/零塑性温度确定 ——热疲劳/热机械疲劳试验 ——热循环/热处理 ——相变、TTT/CCT/CHT 曲线测定 ——裂纹敏感性试验 ——形变热处理，包括： ——形变诱导析出 ——回复 ——再结晶 ——应力松弛析出试验（PTT 图测定） ——蠕变/应力破坏试验 ——液化脆性断裂研究 ——固/液界面研究 ——固液两相区变形行为研究 2、冶金过程模拟： ——铸造和连铸 ——固液两相区加工过程 ——热轧 ——锻压 ——挤压 ——焊接，包括： ——HAZ 热影响区 ——焊缝金属 ——激光焊 ——扩散焊 ——墩粗焊 ——板带热处理 ——金属材料热处理 ——粉末冶金/烧结 二、 物理模拟技术在压力加工领域中的应用 压力加工是物理模拟技术最活跃的领域之一，金属压力加工是利用金属的塑性使其改变形状、尺寸并改善其性能，金属塑性的好坏既取决于金属本身的晶格类型、化学成分及金相组织，又取决于变形时的外部条件，如变形温度、变形速度及受力状态等。金属变形时，化学成分不同，原始金相组织不同，变形温度、变形量、变形速度不同，塑性变形后得到的微观组织和力学性能也不同，因此，在进行压力加工模拟试验时，变形温度、变形速度、变形量以及变形抗力是必须考虑的基本参数。 1、金属变形抗力研究。变形抗力是表征金属塑性加工性能的一个最基本量，变形抗力不仅表示材料本身的加工性能，也是设备选择和工艺制定的技术依据，因此，对于材料在压力加工时变形抗力的研究，具有重要的学术意义和工程价值，在现代大生产中，为实现计算机自动化控制，要建立有关的数学模型，然而计算机的数值模拟必须以物理模 型为前提，只有提供精确的物理模拟试验数据和物理模型，才可能建立真正反映客观实际的数学模式。在Gleeble 热/力模拟试验机上，用流变应力压缩法和平面应变压缩法，精确的测定金属在不同温度下的变形抗力。 2、形变奥氏体再结晶规律的研究。金属的再结晶行为不但对于热加工时的变形抗力有重要影响，也是确定产品最终组织性能的决定因素。金属塑性变形后被拉长了的晶粒以及破碎的晶粒，重新生核、结晶，变为细小的等轴晶粒的过程称为再结晶。在冷变形后的加热过程中或热变形后在冷却和保温过程中发生的再结晶称为静态再结晶，在热变形过 程中发生再结晶称为动态再结晶，静态再结晶的趋动力主要依靠温度，动再结晶主要是依靠形变诱发。钢在热轧过程中奥氏体再结晶行为对控制轧制和产品质量有着重要影响，在制定轧制工艺之前，必须确定钢种的再结晶条件，研究奥氏体在热变形时动态再结晶与轧制道次间隙的静态再结晶的变化规律。热变形后的再结晶过程，根据变形量、变形温度的变化，可以分为再结晶区、部分再结晶区和未再结晶区三个部分。在再结晶区轧制，如果相变前奥氏体晶粒粗于5 级，冷却过程中易形成魏氏组织。如果相变前奥氏体晶粒细化到6 级以上，可得等轴铁素体和珠光体组织。奥氏体晶粒越细，相变后铁素体组织也越细，这就是再结晶形控制轧制。在未再结晶区轧制，变形后的奥氏体发生再结晶，由于晶粒被压扁、拉长，畸变能增加，相变时铁素体晶粒会在奥氏体晶界和晶内变形带上形核，形核率 大幅度增大，相变后铁素体晶粒均匀而细小，不会发生魏氏组织，这就是未再结晶区控制轧制。如果在部分再结晶区轧制，轧制变形后的奥氏体会发生部分再晶，其中再结晶的奥氏体晶粒相变后会得到细小的铁素体加珠光体组织，未再结晶的奥氏体粒相变后会生成魏氏体组织。对于形变奥氏体再结晶规律的研究，利用Gleeble 热/力模拟试验机可以方便、快速、准确地实现试验要求，试验方法是通过测定应力应变曲线，利用Gleeble 热/力模拟试验机瞬时冻结高温组织的功能，固定奥氏体组织，用过饱合苦味酸水溶液显示奥氏体晶粒边界，在光镜下用图像分析仪，可进行组织的定量分析，这些试验数据，可通过专门软件绘成曲线，建立再结晶规律的物理模型，为制定轧制工艺提供科学依据 3、PTT（析出——温度——时间）图的测定 在 Gleeble 热/力模拟试验机上用应力松弛试验方法，可以测定含有Nb、V、Ti 等微量元素的低合金高强度钢在热加工时碳化物、氮化物和碳氮化物析出现象，众所周知，钢中加入微量元素，使之在钢中形成碳、氮及碳氮化物，利用在不同条件下溶解和析出机理，起到抑制晶粒长大及沉淀强化作用，在控制轧制中前者尤为重要。但是，如果控制不好，不但达不到预期的效果，甚至起到坏的作用。例如，不含Nb、V 的碳锰钢，经控制轧制后，屈服强度由313Mpa 提高到372Mpa，提高了59Mpa，FATT（脆性转变温度）由+10℃降低到-10℃；加入Nb 元素轧制后，屈服强度达到392Mpa，但FATT（脆性转变温度）上升到+50℃，严重地损害了钢的韧性。采用了合理的控轧工艺后，该含Nb 钢屈服强度提高到441Mpa，FATT（脆性转变温度）降低到-50℃。加钒或铌钒同时使用，也有类似趋势。这种现象说明，采用控制轧方法，生产微合金高强度钢时，为了得到高强度和高韧性的理想配合的综合性能，就必须掌握晶粒细化和析出强化这两个因素，了解它们的变化规律，尤其是微合金元素的作用。 在 Gleeble 试验机上，利用应力松弛的试验方法，可以得到不同温度、不同应变量条件下的碳化物、氮化物和碳氮化物开始析出时间（Ps）和析出终了的时间（Pf），将这一系列温度下测得的Ps、Pf 点联结起来，即可得出在一定变形量与应变速度时析出——温度——时间关系的PTT 图。根据PPT 图，可以制定出合理的轧制工艺参数，获得理想的综合性能。1996 年宝钢曾在Gleeble 试验机上做了碳锰钢铌、钛元素析出规律的研究。 4、变形奥氏体相变规律的研究及其动态CCT 曲线的测定 研究奥氏体相变规律的基本方法是测定钢的过冷奥氏体连续冷却曲线（动态CCT 曲线），这种曲线不但可以系统的表示出热变形工艺参数，轧后在线冷却速度对相变开始温度、相变进行速度和组织的影响情况，而且是选择合适的控轧钢种成分、，衡量与之配合的热轧变形工艺是否恰当的依据。由于动态CCT 曲线已经与轧后控冷条件相当近似，所以成为轧后控冷工艺及带材线材卷曲工艺的重要依据。用物理模拟方法对动态 CCT 曲线进行测定，其试验方法多采用圆柱体单向压缩试验。先将试样在1200℃~1250℃保温10 分钟，使奥氏体均匀，然后降到某一温度，按预定轧制工艺压缩变形，然后以不同的冷却速度进行冷却，用Gleeble 热/力模拟试验机上的附件径向传感器或激光膨胀测量仪记录膨胀——温度曲线，找出相变点及其对应的时间，将各相变点连接，即构成所谓的动态CCT 曲线图。Gleeble 热/力模拟试验机提供了相变点的准确测量方法，C-应力膨胀仪测出径向变化，由于Gleeble 使用直流电阻加热，膨胀度和温度值显示在等温平面上，这意味着试样表面的温度和试样中心的温度一致，在等温面上所有点的相变同时开始和结束，这样得出的相变数据很精确，即使在快速加热和快速冷却的情况下，也能保持等温平面，这对于 测定CCT 曲线尤为重要。这对感应加热的试验设备来说，是难以实现的。 四、 物理模拟试验在连铸领域的应用 1、原位熔化连铸模拟试验 Gleeble 热/力模拟试验机可以形象地模拟连铸时铸坯的形状、受力状态与冷却方式，试验时用坩埚或石英片将试样中间熔化部分支撑住，以防止钢液流出，铂—铑热电偶焊在试样底部。试样熔化后，先喷气在试样表面形成一薄壳，随即迅速喷水。上表面喷水，可以模拟连铸二次冷却，并获得与表面垂直的柱状晶生长。在试样凝固过程中或凝固后 继续冷却到矫直温度时，可根据试验要求对试样加压或拉伸，冷到室温后检查试样是否有裂纹产生，根据裂纹的数量和大小，评定该钢种在连铸时裂纹敏感倾向。用这种方法，可以模拟连铸的整个过程。 2、连铸钢坯的高温力学性能拉伸试验 利用拉伸试验方法可以比压缩法获得更多的热塑性指标，试验从熔点到600℃，基本上含盖了连铸时从结晶器到输出辊道的整个温度范围，试验连铸钢在不同温度区的塑性变化规律及其影响因素，对于制定合理的连铸工艺具有极其重要的意义。因为连铸阶段产生的裂纹将对后续的轧钢工艺与产品质量带来极为不利的影响。利用Gleeble 热/力模拟试验机，进行连铸坯的高温力学性能拉伸试验，可以了解钢种的化学成分、组织结构、冷却条件及应变速率等冶金因素和热力学因素对裂纹产生的影响规律。 3、用物理模拟方法建立连铸图 合金成分、冷却速度、变形温度、保持时间、变形速率等对连铸坯的塑性均有不同程度的影响。大量试验表明，当拉伸试验测得的断面收缩率大于60%时，连铸坯不会出现裂纹， 而小于60%时铸坯的裂纹敏感性升高。因此，可以把60%的断面收缩率作为门槛值来划分高塑性与低塑性区范围，在不同温度区内，在一定的应变速率和不同冷却速度与 保持时间下，测得断面收缩率为60%的点相连接，以此塑性做温度与时间的函数，建立连续冷却时连铸坯塑性的温度——时间曲线，简称CCDT图，CCDT 图可以做为评判裂纹是否产生以及制定合适的连铸工艺的重 要依据。 五、 物理模拟在焊接领域中的应用 利用 Gleeble 热/力模拟试验机可以进行以下领域的试验研究： 1、焊接热循环曲线的研究； 2、焊接热裂纹的研究，其中零强温度、零塑性温度也适合于连铸过程。 3、焊接冷裂纹的研究； 4、再热裂纹的研究； 5、应力腐蚀开裂的研究； 6、焊接热影响区的研究； 7、扩散焊、电阻对焊、相变超塑性焊接等。 结语： 从以上材料可以看出，Gleeble 热/力模拟试验机在现代钢铁企业的技术创新、新产品开发、产品质量改进等方面都能发挥十分重要的作用。随着中国钢铁工业和金属材料的迅速发展，国内很多钢铁、重型机械企业、大学、材料研究院都购买了Gleeble 热/力模拟试验机。自1981年冶金部钢铁研究总院最先引进美国DSI 公司生产的Gleeble-1500 热模 拟试验机以来，目前各种型号的Gleeble 热模拟试验机在中国国内的数量已经达到100 台左右，有的企业如宝钢、鞍钢、攀钢、沈阳金属研究院、北京科大、钢研总院、中南大学等，已购买了多台Gleeble 热模拟试验机，同时有更多的单位正在进行或准备购买Gleeble 热模拟试验机。我们相信，Gleeble 热模拟试验机一定能为中国钢铁和金属材料工业的发展和创新，为提高中国钢铁、金属材料企业和研究开发单位的技术创新和综合竞争能力作出重要的贡献。 |
3楼2015-02-08 12:00:19